JP4913849B2 - 系統連係インバータ装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、系統連係インバータ装置及び系統連係インバータ装置の制御方法に関するものである。

特開平１１−２９８０２８号公報の図１には、太陽電池からなる直流電源１に接続されたインバータ回路が、限流抵抗及び第１の開閉器からなる直列回路と、この直列回路または限流抵抗に並列接続された第２の開閉器とからなる開閉回路を介して電力系統に接続され、インバータ回路と開閉回路との間にインダクタ及びコンデンサを含むフィルタが配置された系統連係インバータ装置が開示されている。

特開平１１−２９８０２８号公報 図１

従来の装置では、第１の開閉器をオン状態にした後に、第２の開閉器をオン状態にするときに、フィルタ用コンデンサへ突入電流が流れる。そこで、これを抑えるために限流抵抗の抵抗値を小さくし、コンデンサの充電電圧を高くする必要があった。そのため限流抵抗の損失が大きくなって、大きな電力定格の限流抵抗が必要であった。また大きな電力定格の限流抵抗を用いると、第１の開閉器も電流定格の大きなものが必要となっていた。

本発明の目的は、電力定格の大きな限流抵抗及び電流定格の大きな開閉器を必要としない系統連係インバータ装置及び該装置の制御方法を提供することにある。

本発明は、直流電源に接続されたインバータ回路が、限流抵抗及び第１の開閉器からなる直列回路と、この直列回路の限流抵抗または該直列回路に並列接続された第２の開閉器とからなる開閉回路を介して電力系統に接続され、インバータ回路と開閉回路との間にフィルタ用コンデンサが配置されている系統連係インバータ装置を改良の対象とする。本発明の装置及び方法においては、インバータ回路を制御する制御回路が、第１の開閉器がオン状態になった後第２の開閉器がオン状態になるまでは、インバータ回路の出力電流がゼロになるように、インバータ回路を制御する。このように第１の開閉器がオン状態になった後第２の開閉器がオン状態になるまで（起動開始期間）は、インバータ回路の出力電流がゼロになるように、インバータ回路を制御すると、第２の開閉器をオン状態にしたときに、フィルタ用コンデンサへ突入電流が流れるのを阻止することができる。その結果、突入電流対策のために、電力定格の大きな限流抵抗を用いたり、電流定格の大きな開閉器を用意する必要がなくなる。

前述の起動開始期間において、インバータ回路の出力電流がゼロになるようにするためには、例えば、制御回路をフィルタ用コンデンサと開閉回路との間を流れる出力電流がゼロとなるように、フィードバック制御すればよい。また制御回路で、起動期間において、フィルタ用コンデンサと開閉回路との間を流れる出力電流がゼロとなるように、フィードフォーワード制御してもよい。具体的には、フィルタ用コンデンサの充電電流を含むインバータ電流を流すようにフィードフォーワード制御をすればよい。

フィードバック制御を利用した本発明の系統連係インバータ装置を太陽光発電システムに適用した本発明の第１の実施の形態の基本構成を示す回路図である。 制御回路の構成を示す図である。 動作波形を示す図である。 従来の制御回路の構成を示す図である。 従来の装置の動作波形を示す図である。 本発明の他の実施の形態の構成を示す回路図である。 図６の実施の形態で用いることができるゲート信号発生回路の構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、フィードバック制御を利用した本発明の系統連係インバータ装置を太陽光発電システムに適用した実施の形態の基本構成を示す回路であり、図２は制御回路の構成を示す図である。図１においては、直流電源１は、太陽電池からなる直流電源である。そして直流電源１からの直流電力は、インバータ回路２により交流電力に変換される。インバータ回路２は、一対のトランジスタが直列に接続されてなるトランジスタ直列回路が２つ並列接続され、各トランジスタ直列回路の中間点が交流出力端子となる公知のインバータ回路である。２つのトランジスタ直列回路に含まれる複数のトランジスタは、制御回路１０からインバータ回路２に与えられるゲート信号Ｇ１により、導通が制御される。正常時であれば、直流電源１の直流電力は、インバータ回路２により交流電力に変換されて商用電力系統に供給される。

インバータ回路２の出力部には、インダクタ４とフィルタ用コンデンサ５とからなるＬＣフィルタ回路が配置されている。インダクタ４は、インバータ回路２の出力に直列接続され、フィルタ用コンデンサ５は、インダクタ４の一端とアース間に接続されている。インダクタ４とフィルタ用コンデンサ５との接続点と商用電力系統９との間には、開閉回路ＳＷが配置されている。開閉回路ＳＷは、限流抵抗７及び第１の開閉器８の直列回路と、該直列回路に並列接続された第２の開閉器６とから構成されている。第１の開閉器８と第２の開閉器６とは、制御回路１０からの制御信号Ａ２及びＡ１によって開閉が制御される。第１及び第２の開閉器は、機械式の開閉器である。インバータ回路２とインダクタ４との間には、インバータ回路２の出力電流を検出する第１の電流検出器３が配置されて、インバータ電流Ｉ１が制御回路１０に入力されている。またインダクタ４とコンデンサ５との接続点からインバータ回路２の出力電圧が検出され、インバータ電圧Ｖ１が制御回路１０に入力されている。

図２は制御回路１０内に構成されたインバータ回路２のゲート信号発生回路ＧＳＣの構成を示している。このゲート信号発生回路ＧＳＣでは、インバータ電圧Ｖ１を９０°進み要素ＡＥを通して位相を９０°進めて、更に振幅調整器ＡＡで振幅を調整することにより、フィルタ用コンデンサ５のコンデンサ電流に相当するコンデンサ電流相当値Ｉｃを作る。そしてインバータ電圧Ｖ１と電流基準Ｉrefとの乗算値に、コンデンサ電流相当値Ｉｃを加算した信号に、インバータ電流Ｉ１を加算して加算信号を作成し、加算信号を増幅器Ａｍｐで増幅した信号をパルス幅変調回路ＰＷＭに入力してインバータゲート信号Ｇ１を作成する。この例では、このようにして作成したインバータゲート信号Ｇ１を用いたフィードフォーワード制御を行う。すなわち本実施の形態では、第１の開閉器８がオン状態になった後第２の開閉器６がオン状態になるまでは、インバータ回路２の出力電流Ｉがゼロになるように（フィルタ用コンデンサ５と開閉回路ＳＷとの間を流れる出力電流Ｉがゼロとなるように）、フィードフォーワード制御をする。図３は、本実施の形態動作波形を示している。図３（５）に示すように、インバータ回路２の出力電流Ｉは、第２の開閉器６がオン状態になるまで０Ａになっている。その結果、フィルタ用コンデンサ５に突入電流が流れることはない。

図１の装置の制御方法では、まず限流抵抗７が接続された第１の開閉器８をオン状態にした後、インバータ回路２をオン状態（動作状態）にし、インバータ電流がゼロになる（０Ａになる）ようにしてインバータ回路２を起動させる。出力電流を０Ａに制御すると、インバータ電圧Ｖ１は商用電力系統と電圧、位相が等しくなり、その後第２の開閉器６をオン状態にしても突入電流は流れない。また限流抵抗７も第２の開閉器６がオン状態になる前において、電流が０Ａで電力を消費しないため、小さな電力定格の抵抗を限流抵抗７として選定できる。さらに抵抗値を大きくできるため、商用電力系統への影響も無くすことができる。

図４は従来の系統連係インバータ装置で用いられている制御回路の構成を示している。図４の従来の制御回路を用いると、第１の開閉器８がオン状態になった後第２の開閉器６がオン状態になるまでの間もインバータ電流Ｉ１が流れ続けて、インバータ電圧Ｖ１と商用電力系統の電圧、位相が違っているため、図５（５）に示すように、第２の開閉器６がオン状態になる際に、大きな突入電流Ｉが流れている。

図６は、フィルタ用コンデンサ５と開閉回路ＳＷとの間を流れる出力電流Ｉｏがゼロとなるようにフィードバック制御をする、本発明の系統連係インバータ装置の他の実施の形態の構成を示しており、図７はこの実施の形態のゲート信号発生回路ＧＳＣの構成を示している。図６及び図７においては、図１及び図２に示した実施の形態と同じ構成には、図１及び図２に付した符号と同じ符号を付して説明を省略する。本実施の形態では、インダクタ４とフィルタ用コンデンサ５との接続点と開閉回路ＳＷとの間に、インバータ回路２の出力電流を検出する第２の電流検出器１１が設けられている。第２の電流検出器１１が検出する出力電流Ｉｏを見ると、フィルタ用コンデンサ５に電流が流れているか否かの判定ができる。そこで図７のゲート信号発生回路ＧＳＣでは、フィルタ用コンデンサ５と開閉回路ＳＷ（第１の開閉器８）との間を流れる出力電流Ｉｏがゼロとなるように、出力電流Ｉｏをフィードバックする。そこで図７のゲート信号発生回路ＧＳＣでは、出力電流Ｉｏと出力電流基準（＝０）との差分を増幅器Ａｍｐ′で増幅した値を、インバータ電圧Ｖ１と電流基準Ｉrefとの乗算値にインバータ電流Ｉ１を加算した値に加算した値を増幅器Ａｍｐに入力する。このようにすると、フィルタ用コンデンサ５と開閉回路ＳＷ（第１の開閉器８）との間を流れる出力電流Ｉｏがゼロとなるようにフィードバック制御をすることができる。なお開閉器６を投入した後は、電流を系統に流すことになるので、フィードバック回路を切り離すか、増幅器Ａｍｐ′のゲインを０にしておけばよい。本実施の形態を用いても先の実施例と同様に［図３（５）の信号と同様に］、突入電流の発生を防止することができる。

上記実施の形態では、限流抵抗７と第１の開閉器８から構成される直列回路に対して第２の開閉器６を並列接続しているが、本発明は、限流抵抗７に対して第２の開閉器６を並列接続する場合にも、当然にして適用することができるのは勿論である。

本発明によれば、第１の開閉器がオン状態になった後第２の開閉器がオン状態になるまでは、インバータ回路の出力電流がゼロになるように、インバータ回路を制御するため、第２の開閉器をオン状態にしたときに、フィルタ用コンデンサに突入電流が流れるのを阻止することができる。その結果、突入電流対策のために、電力定格の大きな限流抵抗を用いたり、電流定格の大きな開閉器を用意する必要がなくなる。

１ 直流電源
２ インバータ回路
３ 第１の電流検出器
４ インダクタ
５ フィルタ用コンデンサ
６ 第２の開閉器
７ 限流抵抗
８ 第１の開閉器
９ 商用電力系統
１０ 制御回路
１１ 第２の電流検出器

Claims (7)

1. 直流電源に接続されたインバータ回路が、限流抵抗及び第１の開閉器から構成される直列回路と、該直列回路の前記限流抵抗または該直列回路に並列接続された第２の開閉器とからなる開閉回路を介して電力系統に接続され、
   前記インバータ回路と前記開閉回路との間にフィルタ用コンデンサが配置されている系統連係インバータ装置であって、
   前記インバータ回路を制御する制御回路は、前記第１の開閉器がオン状態になった後前記第２の開閉器がオン状態になるまでは、前記インバータ回路の出力電流がゼロになるように、前記インバータ回路を制御することを特徴とする系統連係インバータ装置。
2. 前記制御回路は、前記フィルタ用コンデンサと前記開閉回路との間を流れる前記出力電流がゼロとなるように、フィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載の系統連係インバータ装置。
3. 前記制御回路は、前記フィルタ用コンデンサと前記開閉回路との間を流れる前記出力電流がゼロとなるように、フィードフォーワード制御することを特徴とする請求項１に記載の系統連係インバータ装置。
4. 前記フィルタ用コンデンサの充電電流を含むインバータ電流を流すように前記フィードフォーワード制御をすることを特徴とする請求項３に記載の系統連係インバータ装置。
5. 直流電源に接続されたインバータ回路が、限流抵抗及び第１の開閉器から構成される直列回路と、該直列回路の前記限流抵抗または該直列回路に並列接続された第２の開閉器とからなる開閉回路を介して電力系統に接続され、
   前記インバータ回路と前記開閉回路との間にフィルタ用コンデンサが配置されている系統連係インバータ装置の制御方法であって、
   前記第１の開閉器がオン状態になった後前記第２の開閉器がオン状態になるまでは、前記インバータ回路の出力電流がゼロになるように、前記インバータ回路を制御することを特徴とする系統連係インバータ装置の制御方法。
6. 前記フィルタ用コンデンサと前記開閉回路との間を流れる前記出力電流がゼロとなるように、フィードバック制御することを特徴とする請求項５に記載の系統連係インバータ装置の制御方法。
7. 前記フィルタ用コンデンサと前記開閉回路との間を流れる前記出力電流がゼロとなるように、フィードフォーワード制御することを特徴とする請求項５に記載の系統連係インバータ装置の制御方法。

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